Структура цементного камня и его свойства реферат
Обновлено: 02.07.2024
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
Уральский федеральный университет имени первого президента России Б.Н. Ельцина
Факультет строительного материаловедения
Кафедра материаловедения в строительстве
Виды цементов на основе портландцементного клинкера. Свойства и применение
.1 Быстротвердеющий портландцемент
.2 Сверхбыстротвердеющий высокопрочный портландцемент
.3 Гидрофобный портландцемент
. Свойства цементов и их применение
Цемент является одним из важнейших строительных материалов. Его применяют для изготовления бетонов, бетонных и железобетонных изделий, строительных растворов, асбестоцементных изделий. Изготовляют его на крупных механизированных и автоматизированных заводах. Цемент ? это гидравлическое вяжущее вещество, представляющее собой тонкоразмолотый минеральный порошок, способный при смешении с водой образовывать пластичную массу, с течением времени затвердевающую в камневидное тело. Главной составной частью цемента являются силикаты и алюминаты кальция, образовавшиеся при высокотемпературной обработке сырьевых материалов, доведенных до частичного или полного плавления.
клинкер известняк глина гидрофобный портландцемент
1. Портландцементный клинкер
Портландцементный клинкер является продуктом совместного обжига известняка (75-78%) и глины (22-25%) до спекания тонкодисперсной сырьевой смеси. Химический состав портландцементного клинкера характеризуется следующим содержанием главных оксидов: СaO - 63 ? 76%, SiO 2 - 21 ? 24% , Al 2 O 3 -4 ? 8% , Fe 2 O 3 -2 ? 4%.В качестве примесей обычно присутствуют MgO - 0,5 ? 5%, SO 3 -0,3 ? 1% и др. В процессе помола к портландцементному клинкеру можно добавить 5-20% гранулированных доменных шлаков или активных минеральных кремнеземистых добавок осадочного происхождения до 10 %.
Основной характеристикой клинкера служит его минералогический состав т.е. содержание С 3 S,C 2 S,C 3 A и C 4 AF.Учитывая что каждому минералу присущи свои особенности ,которые в той или иной степени влияют на общие свойства цемента, строителям нельзя обращать внимания только на прочностные показатели.
Наибольшей интенсивностью нарастания прочности отличается C 3 A,но он как и C 4 AF, дает низкую прочность. Последнее место как по обсолютным показателям прочности, так и по интенсивности роста прочности , занимает белит.
Следует отметить, что в длительные периоды времени белит способен набирать высокую прочность. Аналогичным образом ведут себя смеси из этих компонентов.
Наибольшую прочность показали двухкомпонентные смеси алита и C 3 A, наименьшую ? алит в смеси с белитом и алит в смеси с C 4 AF. Увеличение содержание С 3 А до 15 % повышает прочность в первые сроки твердения , но в дальнейшем дает уменьшение прочности. Содержание C 3 A до 10% дает наилучший постоянный прирост прочности при объединении с C 3 S, хотя отдельно C 3 A, как отмечалось выше, дает весьма малую прочность. В этом случае положительную роль сыграло присутствие в цементе гипса, который добавляется при помоле клинкера. С ним образуется при твердении теста комплексная соль ? кристаллический гидросульфоалюминат кальция 3CaO Al 2 O 3 3CaSO 4 31H 2 O, называемая эттерингит.
2. Виды портландцемента
2.1 Быстротвердеющий портландцемент
Получается в основном за счет повышенного содержания в клинкере быстротвердеющих минералов C 3 S и С 3 A т.е. чтобы цемент был алитоалюминатным. Желательное содержание этих минералов находится в приделах: C 3 S-50 ? 60%, C 3 A-8 ? 12%, а в сумма их должна быть не менее 65%.
Повышенное содержание этих соединений должно сопровождаться и повышенным содержанием двуводного гипса, вводимого при помоле клинкера.
Гипсового камня принимается такое количество, которое может быть химически связано в твердеющем портландцементном тесте в течении первых 24 ч после его затворения, что обычно составляет около 3% (2%-5%).
Для ускорения процессов твердения необходим более тонкий и однородный помол сырьевой смеси, использование исходных материалов по возможности с аморфной структурой, поддерживание повышенных температур при обжиге с добавлением в смесь минерализаторов (например, плавикового шпата), более быстрое охлаждение клинкера, выходящего из зоны спекания, более тонкий помол клинкера (до 3500-4000 см 2 /г).
Скорость нарастания прочности цементного камня можно увеличить также путем введения химической добавки - хлористого кальция, соляной кислоты или других веществ аналогичного действия, вводимых в малых дозах.
Производство быстротвердеющего портландцемента началось в нашей стране с 1955 г., что позволило снизить расход цемента в бетоне и уменьшить энергозатраты на теплообработку изделий в связи с укороченной ее продолжительностью.
2.2 Сверхбыстротвердеющий высокопрочный портландцемент (СБТЦ)
Отличается от быстротвердеющего значительно более высокой ранней прочностью. Так, например, через 6 часов после затворения водой фиксируется прочность в 10 МПа, что в 2 раза больше получаемой прочности при твердении теста на основе (СБТЦ). При использовании СБТЦ можно 1 ? 4 часа можно получить прочность бетона, достаточную для распалубки изделий, расход цемента снизить до 20 %, значительно сократить энергозатраты на тепло - обработку изделий.
В технологический период при изготовлении СБТЦ в сырьевую смесь вводят галогеносодержащие вещества, например вторид кальция, увеличивают количество в смеси содержание алюминатов.
На ряду быстротвердеющих и сверхбыстротвердеющих цементов можно по своим свойствам разположить еще особобыстротвердеющий цемент. Он является высокопрочным и в возрасте 1 сутки имеет придел прочности при сжатии 20-25 МПа. В нем 65-68% С 3 S,C 3 A до 8%. Его удельная поверхность ? свыше 4000?4500 см 2 /г.
2.3 Гидрофобный портландцемент
Гидрофобный портландцемент - гидравлическое вяжущее, получаемое совместным тонким измельчением портландцементного клинкера и гидрофобизующей поверхностно-активной добавки при обычной дозировке гипса.
Этот портландцемент отличается от обыкновенного пониженной гигроскопичностью при хранении и перевозках в неблагоприятных условиях, а также способностью придавать растворным и бетонным смесям повышенную подвижность и удобоукладываемость, а затвердевшим растворам и бетонам - повышенную морозостойкость. Для производства гидрофобных цементов необходима установка точно дозирующего устройства, которое равномерно снабжает гидрофобизующей добавкой при помоле цемента. Гидрофобный портландцемент имеет те же марки, что и портландцемент-400, 500, 550 и 600. Гидрофобизации могут подвергаться специальные портландцементы.
В качестве гидрофобизующего поверхностно-активного вещества применяют мылонафт, асидол-мылонафт, олеиновую кислоту или окисленный петролатум в количестве 0,06-0,30% массы цемента в пересчете на сухое вещество. В последние годы накопился опыт производства и применения этих добавок, позволяющий предотвратить вызываемые ими отрицательные явления - повышенное пылеобразование при помоле и транспортировке цемента и высокое воздухововлечение получаемых растворов и бетонов.
НИИ Цементом была разработана и успешно применяется на трех заводах рациональная композиция синтетической добавки ЛЗГФ, представляющей собой раствор высокомолекулярных жирных кислот в минеральном масле (1:2) при использовании кубовых остатков СЖК. При оптимальном содержании ПАВ и режиме измельчения гидрофобный цемент с добавкой ЛЗГФ равноценен по показателям прочности и срокам схватывания исходному без ПАВ портландцементу.
Применение гидрофобных цементов, а также непосредственная гидрофобизация растворов и бетонов в процессе изготовления улучшает удобоукладываемость бетонных и растворных смесей, сокращает расход цемента, так как уменьшается водопотребность. У бетонов на гидрофобных портландцементах снижается скорость испарения воды в условиях сухого климата, что способствует повышению их стойкости. Гидрофобизующие добавки повышают связность бетонных смесей, предотвращая их расслаивание и значительно облегчая их транспортировку в автосамосвалах и выгрузку из них. Бетоны на гидрофобных цементах характеризуются меньшим капиллярным всасываниемиводопоглощением.
Гидрофобный портландцемент применяется в первую очередь в тех случаях, когда требуется длительное хранение и перевозка на дальние расстояния, особенно водным и морским путями. Его можно применять наравне с обыкновенным портландцементом в различных строительных работах, преимущественно для наружной декоративной облицовки зданий, для изготовления гидроизоляционных штукатурок, бетонов в дорожном и аэродромном строительстве, а также в гидротехническом бетоне и в тех случаях, когда необходимо транспортировать бетонные и растворные смеси с помощью насосов. Поскольку гидрофобный портландцемент отличается высокой тонкостью помола и повышенной сыпучестью (что обусловливается действием гидрофобизующей добавки), желательно доставлять его на место применения в таре, особенно в тех случаях, когда разгрузка производится в закрытых помещениях вручную. Следует учитывать, что гидрофобизация не может коренным образом изменить характер твердения цементов и их строительно-технические свойства, она только заметно улучшает свойства цементов. Поэтому необходимо, чтобы по химико-минералогическому составу исходного клинкера и содержанию активных минеральных добавок цементы полностью удовлетворяли требованиям, которые регламентированы стандартами и другими нормативными документами.
2.4 Шлакопортландцемент
Доменные шлаки для изготовления различного рода строительных материалов используются уже больше 100 лет. В 1865 г., вскоре после того, как стали применять грануляцию шлаков водой и были выявлены их гидравлические свойства, возникло производство стеновых камней из смеси извести и шлака.
Шлакопортландцемент является гидравлическим вяжущим веществом, получаемым путем совместного тонкого измельчения клинкера и высушенного гранулированного доменного шлака с обычной добавкой гипса; шлакопортландцемент можно изготовить тщательным смешиванием тех же материалов, измельченных раздельно.
По ГОСТ доменного шлака в этом цементе должно быть не меньше 21% и не больше 60% массы цемента; часть шлака можно заменить активной минеральной добавкой (трепелом) (не более 10% массы цемента), что способствует улучшению технических свойств вяжущего. В шлакопортландцементе, предназначаемом для применения в массивных гидротехнических сооружениях, предельное содержание шлака не регламентируется и устанавливается по соглашению сторон. Разновидностями шлакопортландцемента являются нормальный быстротвердеющий и сульфатостойкий портландцементы. Технология производства шлакопортландцемента отличается тем, что гранулированный доменный шлак подвергается сушке при температурах, исключающих возможность его рекристаллизации, и в высушенном виде подается в цементные мельницы. При помоле шлакопортландцемента производительность многокамерных трубных мельниц понижается, что объясняется, по-видимому, низкой средней плотностью шлака, ограничивающей возможность достаточного заполнения по массе объема мельниц. Иные результаты получаются при применении кислых шлаков как мокрой, так и в особенности полусухой грануляции. При совместном помоле с клинкером эти шлаки, хотя они и в значительной степени остеклованы, не сосредотачиваются в тончайших фракциях цементного порошка. Наличие крупных зерен шлака в составе шлакопортландцемента несколько замедляет процесс твердения.
Для получения каждого компонента с наиболее приемлемой для него тонкостью помола следует размалывать клинкер и шлак раздельно. В зависимости от сравнительной сопротивляемости клинкера и шлака измельчению принимают две схемы помола. По первой схеме клинкер предварительно измельчают сначала в первой мельнице, а затем уже во второй совместно со шлаком.
Такая схема рациональна при более низкой размалываемости шлака, чем клинкера. В этом случае достигается особо тонкий помол клинкера, что ускоряет твердение шлакопортландцемента. Вторая схема предусматривает обычный совместный помол шлака и клинкера при примерно одинаковой их размалываемости.
В этом случае измалываемые компоненты еще дополнительно истирают друг друга. Высокая тонкость помола - развитая удельная поверхность - особенно важна для клинкерной части цемента. При этом также проявляется физико-химическая потенциальная активность шлака. Увеличение удельной поверхности шлакопортландцемента до 3200-3000 см 2 /г позволяет повысить его прочность примерно до прочности чистого портландцемента с удельной поверхностью - 3000см 2 /г.
3. Cвойства цементов и их применение
Прочность ? основное свойство любого цемента. Она может варьироваться от 30 до 60 МПа при сжатии и от 4,5 до 6,5 МПа при изгибе. Цементы с прочностью от 30 до 40 МПа относятся к маркам 300 , прочностью 40-50 МПа к марке 400. Цементная промышленность выпускает в основном цементы М400-550.Прочность цемента высоких марок нарастает быстрее, чем цемента низких марок. Скажем цемент марки М500 уже через 3 суток имеет прочность 20-25 МПа, поэтому цементы высоких марок являются не только высокопрочными , но и быстротвердеющими. Применение таких цементов обеспечивает быструю распалубку конструкций и сокращает сроки их изготовления.
Нормальная густота ? количество воды, выраженное в процентах по массе цемента, необходимой для получения теста определенной пластичности . Пестик в приборе Вика не должен доходить на 5-7 мм до пластинки, на которой установлено кольцо, заполненное цементным тестом. Портландцементы имеют нормативную густоту 22-27%. Нормальная густота увеличивается при введении в цемент при помоле тонкомолотых добавок (трепелы , опоки). Нормальную густоту имеют чистые клинкерные цементы. Нормальная густота влияет на подвижность бетонной смеси. Чем меньше нормальная густота цемента, тем меньше водопотребность бетонной смеси, необходимая для достижения определенной подвижности смеси. Сокращение расхода воды приводит к уменьшению расхода цемента.
Сроки схватывания ? физико-химическая характеристика цемента, выражающаяся в двух периодах времени с момента затварения его водой в тесто, которое называют началом и концом схватывания. Оба периода времени определяются с помощью прибора Вика по глубине погружения стандартной иглы, в тесто нормальной густоты, помещенное в кольцо прибора. Начало схватывания указывает продолжительность времени, в течении которого можно без ущерба для качества производить технологические апперации по формировании и уплотнению растворной и бетонной смеси на основе данного цемента.
Конец схватывания указывает на приближение и завершение критического времени, когда технологические операции должны быть закончены. Для регулирования сроков схватывания в цементе при его производстве вводят гипс и другие химические продукты, а при приготовлении бетонной смеси ускорители или замедлители схватывания.
Тонкость помола цемента определяется засчет просеивания навески через стандартное сито № 008, через которое должно пройти не более 85% общей массы цемента. Средний размер частиц цемента составляет 15-20 мкм.
Тонкость помола характеризуется так же удельной поверхностью зерен, содержащиеся в 1 г цемента. Цемент среднего качества имеет удельную поверхность ? 2500 см 2 /г, высокого качества ? 3500 см 2 /г и больше.
Истинная плотность портландцемента без добавок =3,05-3,15 г/cм 3 . Насыпная плотность в рыхлом состоянии нас =900-1000кг/м 3 , в уплотненном состоянии 1300 кг/м 3 .
Портландцемент применяют главным образом для бетонных и железобетонных конструкций в наземных, подземных и подводных сооружениях , в том числе таких , которые подвержены попеременному замораживанию и оттаиванию. Для растворов они используются только в тех случаях , когда не имеют более дешевых вяжущих веществ ? воздушной и гидравлической извести, смешанных цементов и др. В цементных растворах требуется предусмотреть введение водоудерживающих добавок ? извести, глины, цемянки, золы, молотого известняка и др.
Среди строительных материалов цементу принадлежит ведущее место. В современной строительной практике роль цемента в выпуске новых прогрессивных материалов и изделий для полносборного домостроения постоянно возрастает.
Портландцемент используют во всех областях стройиндустрии для приготовления цементных и бетонных растворов, сухих строительных смесей, для производства бетонных и железобетонных изделий и конструкций, а также в производстве асбестоцементных изделий. Портландцемент и получаемые на его основе прогрессивные строительные материалы успешно заменяют в строительстве дефицитную древесину, кирпич, известь и другие традиционные материалы.
Без цемента не обходится ни одно строительство, а это лучший показатель его высоких эксплуатационных характеристик.
Список литературы
1. Рыбьев Е.А., Строительные материалы / Е.А. Рыбьев М. Стройиздат, 2004.201c.
2. Баженов Ю.М., Технология бетона / Ю.М Баженов М.: Москва , 2002.169с.
Теги: Виды цементов на основе портландцементного клинкера. Свойства и применение Реферат Строительство
Отвердевший цементный камень представляет собой микроскопически неоднородную систему, состоящую из кристаллических сростков и гелеобразных масс, имеющих частицы коллоидных размеров. Неоднородность структуры цементного камня усиливается и тем, что в нем содержатся зерна цемента, не полностью прореагировавшие с водой.
Существенно влияют на структуру цементного камня гипс и гидравлические добавки, так как в результате их реакции с клинкерными компонентами цементного камня образуются новые продукты. Подбирая минералогический состав клинкера и получая необходимый состав цемента, дающий при твердении то кристаллические сростки, то гелевую структурную составляющую, можно воздействовать на структуру и физико-механические свойства цементного камня и бетона.
Рис. 4.12. Структура цементного камня
Различие в физико-механических свойствах кристаллического и коллоидного гелеобразного вещества является одной из причин влияния минералогического состава клинкера на некоторые, основные строительные свойства цемента: деформативность, стойкость при переменном замораживании и оттаивании, увлажнении и высушивании. Путем рационального подбора минералогического состава клинкера можно регулировать свойства портландцемента и получить цемент, по качеству удовлетворяющий конкретным эксплуатационным условиям.
На структуру бетона оказывает значительное влияние пористость цементного камня, связанная с начальным содержанием воды в бетонной смеси. Для получения удобоукладываемой бетонной смеси в нее вводят в 2. 3 раза больше воды, чем требуется на реакцию с цементом. Таким образом, большая часть воды затворения оказывается в свободном состоянии и образует в затвердевшем камне множество мелких пор. Поэтому для получения плотной структуры цементного камня необходимо применять бетонные смеси с минимальным содержанием воды. В результате повышаются прочность и морозостойкость бетона.
Рис. 4.13. Схема процессов преобразований в структуре цементного теста и камня при гидратации цемента:
а – цементные зерна в начальный период гидратации; б – образование гелевой оболочки на цементных зернах – скрытый период гидратации; в – вторичный рост гелевой оболочки после осмотического разрушения первоначальной оболочки образование волокнистых и столбчатых структур на поверхности зерен и в порах цементного камня – третий период гидратации; г – уплотнение структуры цементного камня при последующей гидратации цемента
Структура цементного камня, а именно наличие в нем пор и гелеобразного вещества, обусловливает склонность его к влажностным деформациям. При увлажнении он разбухает, а при высушивании дает усадку. Знакопеременные сжимающие и растягивающие напряжения, вызываемые изменением влажности окружающей среды, расшатывают структуру цементного камня и понижают прочность бетона. Степень влажностных деформаций зависит от соотношения гелеобразных и кристаллических фаз в цементном камне. С увеличением последней стойкость камня в таких условиях, называемая воздухостойкостью, повышается. В отличие от рассмотренных далее пуццолановых портландцементов обыкновенный портландцемент отличается высокой воздухостойкостью.
Расширение и растрескивание цементного камня могут вызвать также свободные СаО и MgO, присутствующие в цементе при низком качестве обжига. Гашение их сопровождается значительным увеличением в объеме, и продукты этого гашения разрывают цементный камень. О таком цементе говорят, что он не отвечает требованиям стандарта в отношении равномерности изменения объема при твердении.
Цементный камень включает: 1) продукты гидратации цемента: а) гель гидросиликата кальция и другие новообразования, обладающие свойствами коллоидов; б) относительно крупные кристаллы Са(ОН)2, эттрингита; 2) непрореагировавшие зерна клинкера, содержание которых уменьшается по мере гидратации цемента; 3) поры: а) поры геля, относящиеся к микропорам (менее 1000 А), б) капиллярные поры, являющиеся макропорами (от 1000 А до 10 мкм), расположенные между агрегатами частиц геля; в) воздушные поры и пустоты (от 50 мкм до 2 мм) — полости, заполненные воздухом: засосанным в цементное тесто вследствие вакуума, вызванного контракцией; вовлеченным в тесто при изготовлении или укладке, а также при добавлении специальных воздухововлекающих веществ; оставшихся в тесте вследствие его недоуплотнения. Классификация пор геля по размерам дана Кондо и Даймоном (размер пор в данной классификации характеризуется половиной гидравлического радиуса): 1) очень тонкие поры, пронизывающие частицы геля: межкристаллитные — размером менее 6 А, а внутрикристаллитные — 6 — 16А; 2) поры между частицами геля более крупные — 16 — 1000 А. Все эти поры структурно присущи цементному гелю, т. е. в геле всегда есть поры, поскольку он является дисперсной системой, состоящей из частиц коллоидного уровня и их агрегатов, разделенных поровым пространством. В зависимости от состава цемента, начального количества воды и технологии пористость геля может составлять 28 — 40% объема геля, причем около 7 пористости (т. е. 7 — 12%) приходится на долю контракционного объема.
Таблица 16 Изменение абсолютных объемов системы С3А — вода
Абсолютный объем реагирующих веществ — СзА и воды — составил 196,97 см3, а объем гидроалюмината — только 150,11 см3, следовательно, контракция в данном примере составила 46,86 см3. Поскольку контракция почти не уменьшает внешний объем системы, ее следствием является образование в гидратированном цементе контракционного объема. В цементном камне и бетоне возникает вакуум, под влиянием которого эти поры заполняются водой или воздухом в зависимости от среды, в которой находится материал. Контракция для обычных портландцементов после 28 — 29 сут твердения составляет 6 — 8 л на 100 кг цемента, т. е. в 1 м3 бетона с расходом вяжущего 300 кг/м3 образуется около 18 — 24 л внутренних контракционных пор.
Каждому минералу цемента свойственна контракция; она начинается после смешения с водой и достигает максимума при полной гидратации.
На рис. 50 сопоставлена контракция, происходящая при гидратации главных клинкерных минералов. Самая большая контракция происходит при гидратации трехкальциевого алюмината (23,79%), она может быть причиной внутренних напряжений в цементном камне. Двуводный гипс, добавляемый при помоле клинкера, выравнивает контракцию, так как в химической реакции образования эттрингита из СзА, гипса и воды (см. выше) контракция составляет лишь 6,14%.
Рис. 51. Упрощенная модель геля CSH (по Кондо и Даймону): 1 — частица геля; 2, 4 — узкий проход;3 — пора между частицами геля; 5 — внутрикристаллитная пора; 6 — междуслоевая вода; 7 — межкристаллитная пора
На рис. 51 изображена упрощенная модель геля CSH. Пористая структура геля, как самого важного продукта гидратации цемента, оказывает влияние на механические свойства, проницаемость и морозостойкость цементного камня; при этом следует учитывать особые физические свойства пор геля, обусловленные их малыми размерами.
Часть воды затворения, не уместившейся в порах геля, располагается вис геля и образует капиллярные поры.
Капиллярные поры имеют большой эффективный диаметр (более 1000 А) и доступны для воды при обычных условиях насыщения. При значительном объеме капиллярных пор, пронизывающих цементный камень, бетон имеет низкую морозостойкость и большую проницаемость, плохо сопротивляется химической коррозии и не защищает надежно стальную арматуру.
Вода является активным элементом структуры цементного камня, участвующим в образовании гидратных соединений и в формировании пор. Пористость цементного камня зависит не только от начального водоцементного отношения, но и от форм связи воды с твердой фазой.
Согласно классификации П. А. Ребиндера, построенной по принципу интенсивности энергии связи, все формы связи воды в цементном камне можно разделить на три группы.
Физико-химическая связь характерна для адсорбционно связанной воды, находящейся в порах цементного геля; эта связь нарушается при высушивании.
Цементный камень, являющийся минеральным клеем, скрепляющим зерна заполнителя, должен обладать достаточной собственной прочностью и адгезией, т. е. хорошо сцепляться (срастаться) с зернами заполнителя. Эти свойства цементного камня зависят от качества и количества новообразований, объема и характера пор.
Качество новообразований в цементном камне определяется их составом и дисперсностью. Количество новообразований прямо пропорционально степени гидратации цемента а, численно равной отношению прореагировавшей с водой части цемента к общей массе цемента.
Степень гидратации имеет большое технико-экономическое значение. При увеличении степени гидратации цемента возрастает объем новообразований, уменьшается пористость цементного камня и улучшается качество пор. При этом повышается прочность и долговечность бетона. Поэтому нужно совершенствовать технологию бетона, добиваясь наиболее полного использования вяжущего, что' эквивалентно его экономии.
Из формулы видно, что цементный камень без капиллярных пор получится при (В/Ц — 0,5а) дц=0, т. е. когда В/Ц= = 0,5 и а=1, что возможно лишь при весьма длительном твердении цемента в благоприятных условиях. Фактически ко времени ввода сооружения В Рис. 52.
Пористость цементного камня уменьшается, а его плотность возрастает при снижении начального В/Ц и увеличении степени гидратации цемента.
Однако капиллярная пористость снижается быстрее, чем общая пористость. Это явление чрезвычайно важно для улучшения пористости цементного камня и объясняется тем, что капиллярные поры заполняются цементным гелем. Ведь плотность клинкерных зерен — 3,15 г/см3, а объемная масса геля (взятого вместе с порами геля) — около 1,6 — 1,8 г/см3, следовательно, цементное зерно после гидратации занимает объем вдвое больший.
Вследствие заполнения капиллярного пространства новообразованиями не только сокращается общая пористость, но взамен крупных капиллярных пор возникают мелкие поры геля, более благоприятные для свойств цементного камня.
1) коллоидальный (аморфный) вид твердеющего цементного камня рассматривается как некоторое временное, промежуточное структурное состояние, превращающееся со временем в упорядоченную и стабильную кристаллическую модификацию;
3) повышение активной роли цементных частиц и получение предельно возможных результатов связывается с использованием всех имеющихся средства для разложения негидратированных объемов на составляющие и их превращения в гидратированные соединения;
4) внутренние химически неиспользованные объемы зерен вяжущего сохраняются в затвердевшем продукте неопределенно продолжительное время (во всяком случае, не менее ряда лет).
Рис.2.4. Строение трехмесячного прессованного цементного камня
(Stereoscan S4-10; 3500х):1 – частично гидратированные зерна
вяжущего; 2 – гидратная оболочка;3 – межзерновая пустота
Рис.2.5. Общий вид строения (а) и отдельные участки (б-г) цементного камня
31-летнего возраста(JEOL JSM-25S, обозначения те же, что и на рис.2.5)
На рис.2.6 показано строение цементного камня, изготовленного прессованием на основе полностью гидратированного портландцемента, полученного путем многократного затворения цемента, изготовления, пропаривания, испытания образцов, дробления, высушиваания и последующего помола остатков в шаровой мельнице до полного прекращения вяжущим способности к отвердеванию. Как видно, полностью гидратированные зерна благополучно существуют с первозданными размерами. Несмотря на 100%-ную гидратацию цемента, внутренняя их часть характеризуется огромными химически не использованными объемами (рис.2.7).
Рис.2.6. Отдельные участки структуры прессованного камня на основе
полностью гидратированного портландцемента (JEOL JSM-25S, 2000…3000х):
1 – гидратированные клинкерные зерна; 2 – гидратный продукт
Рис.2.7. Общий вид разрушенных полностью
гидратированных клинкерных зерен (Qvartz 200; 5000х)
Рис.2.8. Схема строения затвердевшего цементного зерна:
1 – гидратный продукт; 2 – адсорбционный слой диполей; 3 – дипольный
свод; 4 – остаточный активный центр; 5 – негидратированный объем зерна;
6 – адсорбционный центр
Рис.2.9. Фрагменты поверхности гидратированных клинкерных зерен
При обычных условиях отмеченная деструкция протекает, как правило, без особых негативных последствий для твердеющего или эксплуатируемого бетона, ввиду неравномерно протекающих на клинкерных зернах гидратационных явлений. Однако многие внешние (тепловые, электромагнитные, ультразвуковые, вибрационные, динамические, силовые) воздействия способны активизировать адсорбционно-связанную воду и спровоцировать одновременную гидратацию минералов на подавляющем большинстве клинкерных частиц, что вряд ли будет безболезненным для бетонов в нагруженном состоянии. Данный аспект чрезвычайно актуален для несущих конструкций, в монолитном высотном производстве, при проведении бетонных работ в сейсмически опасных зонах и других областях строительства.
Читайте также: